Język zapytań SPARQL. Agnieszka Ławrynowicz. Instytut Informatyki Politechniki Poznańskiej Poznań, 2018

Transkrypt

1 Język zapytań SPARQL Agnieszka Ławrynowicz Instytut Informatyki Politechniki Poznańskiej Poznań, 2018

2 Język zapytań SPARQL Stos języków Sieci Semantycznej

3 Turtle Turtle (Terse RDF Triple Language ): serializacja RDF reprezentacja trójkowa trójek <Subject, Predicate, Object> przyjazna dla człowieka alternatywa dla składni RDF/XML często wykorzystywana w przykładach, tutorialach, literaturze

4 Turtle Turtle (Terse RDF Triple Language ): serializacja RDF reprezentacja trójkowa trójek <Subject, Predicate, Object> przyjazna dla człowieka alternatywa dla składni RDF/XML często wykorzystywana w przykładach, tutorialach, osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name "Alicja". osoba:a foaf:mbox <mailto:alicja@example.net>. osoba:b foaf:name "Jan".

5 SPARQL to SPARQL Protocol And Rdf Query Language - język zapytań Sieci Semantycznej Wymowa: jak sparkle Język zapytań dla danych w formacie RDF Protokół (HTTP, SOAP)

6 SPARQL pozwala na Zapytania do źródeł danych strukturalnych i semistrukturalnych Eksplorowanie danych przez zadawanie zapytań dotyczących nieznanych związków Wykonywanie złożonych złączeń z różnorodnych baz danych w pojedynczym zapytaniu Transformację danych RDF z jednego słownika do innego

7 SPARQL główna idea Dopasowywanie wzorców Opisz podgrafy tych grafów RDF, do których wydawane jest zapytanie Podgrafy, które da się dopasować do Twojego opisu konstruują wynik Wzorce grafowe - grafy RDF zawierające zmienne

8 SPARQL główna idea (przykład) Graf, do którego wydajemy zapytanie: rdf:type p:ostatniaerupcja "2010 rdf:type Wyniki: Wzorzec zapytania:?v h\p://.../eyja^allajökull?v rdf:type h\p://.../wezuwiusz

9 Końcówki SPARQL Końcówka SPARQL: na wejściu przyjmuje zapytania na wyjściu zwraca wyniki poprzez HTTP Rodzaje końcówek: Ogólne umożliwiają zadawanie zapytań do dowolnych danych RDF dostępnych przez sieć WWW Dedykowane związane z konkretnymi zbiorami danych

10 Dostęp do końcówki SPARQL końcówka SPARQL: usługa sieciowa typu REST wydawanie zapytań SPARQL do zdalnej końcówki jest generalnie wydawaniem żądania HTTP GET do tej końcówki z parametrem query (przesyłany tekst zapytania)

11 Zapytanie SPARQL składa się z Deklaracji prefiksów dla przestrzeni nazw do skracania URI Definicji zbioru danych do wskazania, do którego grafu (grafów) RDF będą wydawane zapytania Klauzuli specyfikującej wynik do identyfikacji, jaką informację zwrócić z zapytania Wzorca zapytania do specyfikacji o co pyta zapytanie wydane do zbioru danych Modyfikatorów zapytania do specyfikacji operatorów np. sortowania wyników i innych sposobów re-aranżacji wyników zapytania

12 Zapytanie SPARQL składa się z Deklaracja prefiksów Definicja zbioru danych Specyfikacja wyniku Wzorzec zapytania Modyfikator zapytania PREFIX foo: < FROM SELECT WHERE { } ORDER BY

13 SPARQL wzorzec trójki Wzorzec trójki = Trójka RDF z możliwością występowania w niej (nazwanych) osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name Alicja". osoba:a foaf:mbox <mailto:alicja@example.net>. osoba:b foaf:name Jan". "Hello world" zapytań SPARQL SELECT?imie WHERE {?x foaf:name?imie } imie ======== Alicja Jan

14 SPARQL podstawowy wzorzec grafu Podstawowy wzorzec grafu zbiór wzorców trójek, definiuje kształt osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name Alicja". osoba:a foaf:mbox osoba:b foaf:name Jan". PREFIX osoba: <h>p://przyklad/osoba/> PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT?imie WHERE {?osoba foaf:mbox foaf:name?imie. } imie ======== Alicja

15 osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name Alicja". osoba:a foaf:mbox osoba:b foaf:name Jan". PREFIX osoba: <h>p://przyklad/osoba/> PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT * WHERE {?osoba foaf:mbox <mailto:alicja@example.net>.?osoba foaf:name?imie. } osoba imie ============== osoba:a Alicja

16 Rozdzielanie trójek w klauzuli WHERE zapis standardowy a : b c. d : e f. wspólny podmiot a : b c ; : e f. wspólny podmiot i predykat a : b c, f.

17 Rozdzielanie trójek w klauzuli WHERE - przykład PREFIX osoba: <h>p://przyklad/osoba/> PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT * WHERE {?osoba foaf:mbox <mailto:alicja@example.net>.?osoba foaf:name?imie. } PREFIX osoba: <h>p://przyklad/osoba/> PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT * WHERE {?osoba foaf:mbox <mailto:alicja@example.net>, foaf:name?imie. }

18 Zmienne anonimowe nazwane: głównie różnią się tym od zminennych nieanonimowych tym, że nie są uwzględniane w SELECT * (jednak możliwość odczytania na żądanie) nienazwane oznaczane przez []

19 SPARQL modyfikatory zapytania Procedury dopasowywania wzorców produkują zbiór rozwiązań. Zbiór rozwiązań może być zmodyfikowany na wiele sposobów: projekcja ORDER BY LIMIT/OFFSET DISTINCT

20 dc: magazyn: inw: <h>p://example.org/inwentarz#>. magazyn:ksiazka1 dc:rtle "SPARQL Query Language Tutorial". magazyn:ksiazka1 inw:cena 10. magazyn:ksiazka1 inw:ilosc 3. magazyn:ksiazka2 dc:rtle "SPARQL Query Language (2nd ed)". magazyn:ksiazka2 inw:cena 20 ; inw:ilosc 5. magazyn:ksiazka3 dc:rtle "Moving from SQL to SPARQL". magazyn:ksiazka3 inw:cena 5 ; inw:ilosc 0. ksiazka tytul ================================================== magazyn:ksiazka4 dc:rtle "Applying XQuery" magazyn:ksiazka1. "SPARQL Query Language Tutorial" magazyn:ksiazka4 inw:cena 20 ; inw:ilosc 8. PREFIX dc: <h>p://purl.org/dc/elements/1.1/> PREFIX magazyn: <h>p://example.org/magazyn#> PREFIX inw: <h>p://example.org/inwentarz#> SELECT?ksiazka?tytul WHERE {?ksiazka dc:rtle?tytul.?ksiazka inw:cena?cena. FILTER (?cena < 15 )?ksiazka (c) Mikołaj inw:ilosc Morzy,?ilosc Agnieszka. FILTER (?ilosc Ławrynowicz, > 0 ) } Instytut Informatyki Politechniki Poznańskiej

21 FILTER - wbudowane funkcje Logiczne:!, &&, Arytmetyczne: +, -, *, / Porównania: =,!=, >, <,... Testy SPARQL: isuri, isblank, isliteral, bound Akcesory SPARQL: str, lang, datatype Inne: sameterm, langmatches, regex

22 osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name "Alicja". osoba:a foaf:nick "A-online". osoba:b foaf:name "Jan". PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT?imie?nick {?x foaf:name?imie. OPTIONAL {?x foaf:nick?nick } } imie nick ======================== "Alicja" "A-online" " Jan"

23 ksiazka: dc10: dc11: <h>p://purl.org/dc/elements/1.1/>. ksiazka:a dc10:rtle "SPARQL Query Language Tutorial". ksiazka:b dc11:rtle "SPARQL Query Language (2nd ed)". ksiazka:c dc10:rtle "SPARQL". ksiazka:c dc11:rtle "SPARQL". PREFIX dc10: <h>p://purl.org/dc/elements/1.0/> PREFIX dc11: <h>p://purl.org/dc/elements/1.1/> SELECT DISTINCT?tytul { {?ksiazka dc10:rtle?tytul } UNION {?ksiazka dc11:rtle?tytul } } tytul ================================= "SPARQL Query Language Tutorial" "SPARQL" "SPARQL Query Language (2nd ed)"

24 Źródła danych - zapytania SPARQL są wykonywane do zbiorów danych RDF, składających się z grafów RDF - jak dotąd zapytania wydawane do domyślnego grafu - zbiory danych RDF składają się z domyślnego grafu i zero lub więcej nazwanych grafów, identyfikowanych przez URI - Nazwane grafy: specyfikowane poprzez klauzule FROM NAMED, lub zaszyte w danej końcówce SPARQL - GRAPH: pozwala porcjom zapytania dopasować się do nazwanych grafów w zbiorze RDF, wszystko poza klauzulą GRAPH dopasowanie do domyślnego grafu

25 Klauzula FROM - foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. _:a foaf:name "Alicja". _:a foaf:mbox <mailto:alicja@work.example>. PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT?imie FROM <h>p://przyklad.org/foaf/alicjafoaf> WHERE {?x foaf:name?imie }

26 Formaty zapytań i odpowiedzi SPARQL SELECT zwraca tablicę wyników (wszystkie lub podzbiór zmiennych związanych podczas dopasowywania wzorca zapytania) ASK zwraca wartość logiczną wskazującą na to czy wzorzec zapytania znajduje dopasowanie czy nie DESCRIBE zwraca graf RDF, który opisuje strukturę znalezionych zasobów (w sposób zależny od konfiguracji danego procesora niespodzianka ) CONSTRUCT zwraca graf RDF skonstruowany poprzez podstawienie zmiennych w zbiorze szablonów trójek (translacja pomiędzy różnymi grafami RDF)

27 foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. _:a foaf:name Alicja". _:a foaf:homepage <h>p://work.example.org/alicja/>. _:b foaf:name " Jan". _:b foaf:mbox Yes PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> ASK {?x foaf:name Alicja" } <?xml version="1.0"?> <sparql xmlns="h>p:// <head> </head> <results> <boolean>true</boolean> </results> </sparql>

28 DESCRIBE PREFIX ksiazki: <h>p://przyklad.org/ksiazka/> PREFIX dc: <h>p://purl.org/dc/elements/1.1/> DESCRIBE?ksiazka WHERE {?ksiazka dc:rtle "Harry Po>er i więzień Azkabanu" } <rdf:rdf> <rdf:descripron rdf:about="h>p://przyklad.org/ksiazka/ksiazka3"> <dc:creator rdf:parsetype="resource"> <vcard:n rdf:parsetype="resource"> <vcard:given>joanna</vcard:given> <vcard:family>rowling</vcard:family> </vcard:n> <vcard:fn>j.k. Rowling</vcard:FN> </dc:creator> <dc:rtle>harry Po>er i więzień Azkabanu</dc:rtle> </rdf:descripron> </rdf:rdf>

29 @prefix osoba: foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. osoba:a foaf:name "Alicja". osoba:a foaf:mbox osoba:b foaf:name " Jan". CONSTRUCT PREFIX osoba: <h>p://przyklad/osoba/> PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> PREFIX vcard: <h>p:// CONSTRUCT {?osoba vcard:fn?imie } WHERE {?osoba foaf:name?imie. osoba: vcard: <h>p:// osoba:a vcard:fn "Alicja". osoba:b vcard:fn "Jan"

30 SPARQL 1.0 a SPARQL 1.1 SPARQL 1.0 styczeń 2008 SPARQL 1.0 język zapytań SPARQL 1.0 protokół SPARQL format XML wyników SPARQL 1.1 listopad 2012 Zaktualizowane wersje SPARQL Query i SPARQL Protocol SPARQL 1.1 Update SPARQL 1.1 jednolity protokół HTTP do zarządzania grafami RDF SPARQL 1.1 opisy usług SPARQL 1.1 wnioskowanie SPARQL 1.1 zapytania sfederowane

31 SPARQL 1.1 Wyrażenia w liście SELECT - wyniki zawierające wartości wyprowadzone ze stałych, wywołań funkcji lub innych wyrażeń Ścieżki własności zapytania o dowolnej długości ścieżki w grafie poprzez wyrażenia regularne Agregacja grupowanie wyników i obliczanie zagregowanych wartości (np. count, min, max, avg, sum,...). Podzapytania zapytania w zapytaniu Zapytania sfederowane - rozdzielanie pojedynczego zapytania do wielu końcówek SPARQL i następnie łączenie wyników Negacja a) filtrowanie wyników zależne od dopasowania wzorca grafu w kontekście znalezionych wyników b) usuwanie wyników będących w relacji z innym wzorcem Wnioskowanie (Entailment Regimes) RDFS, OWL, reguły

32 Wyrażenia w liście foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/>. _:a foaf:givenname "Jan". _:a foaf:surname Kowalski" imie_nazw ======================== Jan Kowalski" PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT ( fn:concat(?g, " ",?S) AS?imie_nazw ) WHERE {?P foaf:givenname?g ; foaf:surname?s }

33 Ścieżki własności Dopasuj jedną lub drugą możliwość: { :ksiazka1 dc:ztle rdfs:label?lancuch } Znajdź imię jakiejkolwiek osoby, którą zna Alicja {?x foaf:mbox <mailto:alicja@przyklad>.?x foaf:knows/foaf:name?imie. } Imiona ludzi w odległości 2 linków "foaf:knows" {?x foaf:mbox <mailto:alicja@przyklad>.?x foaf:knows/foaf:knows/ foaf:name?imie. } {?x foaf:mbox <mailto:alicja@przyklad>.?x foaf:knows{2}/foaf:name?imie. } Dowolna długość ścieżki imiona wszystkich ludzi, których URI można osiągnąć startując z foaf:knows Alicji: {?x foaf:mbox <mailto:alicja@przyklad>.?x foaf:knows+/foaf:name?imie. }

34 : <h>p://ksiazki.przyklad/>. :org1 :afiliuje :aut1, :aut2. :aut1 :piszeksiazke :ksiazka1, : ksiazka2. :ksiazka1 :cena 9. :ksiazka2 :cena 5. :aut2 :piszeksiazke :ksiazka3. :ksiazka3 :cena 7. :org2 :afiliuje :aut3. :aut3 :piszeksiazke :ksiazka4. :ksiazka4 :cena 7. PREFIX : <h>p://ksiazki.przyklad/> SELECT (SUM(?lcena) AS?total) WHERE {?org :afiliuje?aut.?aut :piszeksiazke?ksiazka.?ksiazka :cena?lcena. } GROUP BY?org HAVING (SUM(?lcena) > 10) ?total ========================

35 @prefix : <h>p://people.example/>. Podzapytania :alicja :name "Alicja", "Alicja Foo", "A. Foo". :alicja :knows :jan, :karol. :jan :name Jan", Jan Bar", J. Bar". :karol :name Karol", Karol Baz", K. Baz". PREFIX : <h>p://people.example/> SELECT?y?minImie WHERE { :alicja :knows?y. { SELECT?y (MIN(?imie) AS?minImie) WHERE {?y :name?imie. } GROUP BY?y } } ?y?minimie ======================== :jan J. Bar :karol K. Baz

36 @prefix foaf: : <h>p://example.org/>. :people15 foaf:name "Alice". :people16 foaf:name "Bob". :people17 foaf:name "Charles". :people18 foaf:name "Daisy". Zapytania sfederowane Końcówka SPARQL: h\p://people.example.org/sparql Lokalny plik FOAF: h\p://example.org/myfoaf.rdf <h>p://example.org/myfoaf/i> <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/knows>?name <h>p://example.org/people15>. =============== PREFIX foaf: <h>p://xmlns.com/foaf/0.1/> Alice SELECT?name FROM <h>p://example.org/myfoaf.rdf> WHERE { <h>p://example.org/myfoaf/i> foaf:knows?person. SERVICE <h>p://people.example.org/sparql> {?person foaf:name?name. } }

37 ex: <h>p://publicarons.example/>. ex:book1 rdf:type ex:publicaron. ex:book2 rdf:type ex:arrcle. ex:arrcle rdfs:subclassof ex:publicaron. ex:publishes rdfs:range ex:publicaron. ex:mitpress ex:publishes ex: <h>p://publicarons.example/>. SELECT?pub WHERE {?pub rdf:type ex:publicaron } ?pub ========== ex:book RDF-entailment ?pub ========== ex:book1 ex:book2 ex:book RDFS-entailment

38 Silniki zapytań/repozytoria trójek Jena AllegroGraph Sesame OpenLink Virtuoso Blazegraph

39 Repozytoria trójek Specjalizowana baza danych do przechowywania trójek RDF Trójki wprowadzane w różnych formatach Wspiera język zapytań do RDF SPARQL (rekomendacja W3C) Inne języki (np. ARQ, RDQL) Może, ale nie musi wykonywać wnioskowanie

40 Architektury Implementacja: In-memory, Natywna, Nienatywna Natywna: JENA TDB, Sesame Native, Virtuoso, AllegroGraph, Oracle 11g Nie-Natywna: Np. Używająca RDBMS jako backend

41 Materiały: SPARQL specificazon document, h\p:// SPARQL By Example, A Tutorial, Lee Feigenbaum, h\p:// Querying semanzc data : h\p://

42 Quads i Grafy Nazwane (Named Graphs) Wiele repozytoriów trójek wspiera czwórki (quads) dla nazwanych grafów (named graphs) A named graph is just an RDF with a URI name o en called the context Such a triple store divides its data a default graph and zero or more addizonal named graphs SPARQL has support for named graphs De facto standards exist for represenzng quad data, e.g., n-quads and TriG (a turtle/n3 variant) AllegroGraph stores quints (S,P,O,C,ID), the ID can be used to a\ach metadata to a triple